【教案】电磁波的发现及应用（教学设计）（人教版2019必修第三册）

第4节电磁波的发现及应用教学设计备课人学科物理课题电磁波的发现及应用教学内容分析本节包括两部分内容，即电磁波发现的历史概况、电磁波谱及其在科技和社会信息化方面的应用。对麦克斯韦电磁场的基本概念和理论，由于学生存在较大的理解难度，教师在教学过程中应该设置好台阶，逐步深入地引导学生对其进行了解。另一方面，要重视发挥本节涉及的物理学史的教育功能，让学生体会电磁场理论的基本思想在物理学发展中的理论意义，体会科学家研究物理问题的思想方法，了解赫兹实验在物理学发展中的贡献以及用实验来验证理论的方法。对于电磁波产生和传播的过程，在教学方式上可以采取学生阅读、互动讨论为主的方式，多展示相关素材，介绍相关知识，不要求掌握工作原理。重在培养学生科学的物质观，能用这些观念解释和解决实际问题，关注科技进步和社会发展。学情分析通过前面的学习，学生对电场、磁场已经有了初步的认识，特别是对电场的力的性质、能量的性质均能进行简单的计算，解决简单的问题。在本节中，学生要接触的电磁场不同于前面的静电场和磁场，是动态的场。但学生在必修阶段还没有学习机械振动和机械波的知识，理解起来有一定的困难。因此教师要根据学生水平，重点介绍电磁波产生和传播的方式，不必对理论深度有过高要求。教学目标1、了解人类发现电磁波的历史，知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波发现做出的巨大贡献，领会在电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法和科学精神。2、体验赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。3、了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息。4、了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。知道可见光是电磁波谱家族中的一个频段。教学重难点教学重点：电磁波的发现历史概况，物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用；电磁波是一种特殊物质，能传播能量和信息；电磁波谱中各波段的主要特性以及在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。教学难点：麦克斯韦电磁场的基本概念和理论。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图新课导入【讲述】古时用点燃烟火传递重要消息。白天施烟，夜间点火，台台相连——烽火台。古时候人们信息交流很难，只有最紧急的事才会用到——八百里加急。为方便传递信息，古代神话小说里出现了"顺风耳和千里眼"。如今，电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。那么，电磁波是如何产生的呢？了解人类从古至今传递信息方式的变化。从信息传递方式的变迁入手，引导学生对现代通讯中利用的电磁波产生探索的兴趣，从而引出本节课的主题。环节一电磁场【讲述】法拉第发现电磁感应的那年，一位科学巨星在英国爱丁堡诞生了，他就是——麦克斯韦。麦克斯韦是继法拉第之后，依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。【提问】什么是电磁感应现象？【讲述】麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。【提问】如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？【提问】线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？→总结：麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。【提问】既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能在空间产生磁场？→麦克斯韦提出假设：变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。【讲述】变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它们形成一个不可分离的统一场，这就是电磁场。它既不是电场也不是磁场，更不是电场和磁场的叠加，而是电场和磁场相互依赖，形成不可分割的整体。了解麦克斯韦及其贡献。复习并回答：在变化的磁场中放入一个闭合的导体回路，闭合导体回路中就产生感应电流。理解麦克斯韦的理论。思考并回答：有电场，无电流。思考并回答：有。思考、领会麦克斯韦的假设。思考。思考、领会麦克斯韦的假设。思考、领会电磁场的产生方式。从物理学史入手，由对科学家的介绍转到对其主要贡献的学习。回顾上一节学习的电磁感应现象，便于学生理解本节课的知识点。在电磁感应知识的基础上，了解麦克斯韦对感应电流产生原理的解释。根据电流产生的原因，进一步分析变化的磁场（磁通量）产生的电场。承接上一步，进一步研究变化的电场产生的磁场。在上述分析的基础上，引导学生理解电磁场产生的方式。环节二电磁波【讲述】麦克斯韦预言：空间可能存在电磁波。它是变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播。【讲述】1886年，赫兹通过实验捕提到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。【讲述】赫兹的实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，立刻产生一个交变电磁场，形成电磁波在空间传播，经过导线环时激发出感应电动势，使得导线环中也产生了火花。【播放视频】赫兹的电火花实验。→微弱的电火花闪烁着麦克斯韦理论的光辉，赫兹向全世界宣告：电磁波发现了。【播放视频】捕捉电磁波实验。【讲述】电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播，所以电磁波是横波。E⊥B⊥V。【讲述】空气、水，是声波和水波传播的介质。电磁波可以在真空中传播，不需要介质。【播放视频】电磁波的传播。【讲述】电磁波的传播速度等于光速，光是以波动形式传播的一种电磁振动，即光是一种电磁波。在上述分析的基础上理解麦克斯韦的预言。了解相关物理学史。观察并思考赫兹的电火花实验。观看视频，并思考。观看视频，并思考。思考、理解电磁波的特性。思考、理解电磁波与机械波的不同之处。观看视频，加深对电磁波传播的理解。思考并领会光就是一种电磁波。仍旧从物理学史出发，引导学生了解电磁波的产生与传播。介绍电磁波的验证实验，带领学生从实验现象的角度了解电磁波的存在，即其物质性。介绍电磁波的特点，为后续选修部分的学习打基础。对比电磁波与机械波，帮助学生初步了解两者的异同之处，为选修部分的学习打基础。介绍光是一种电磁波，为选修部分光学相关知识的学习打基础。环节三电磁波谱【讲述】在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰；凹下的最低处叫作波谷。邻近的两个波峰（或波谷）的距离叫作波长。在1s内有多少次波峰（或波谷）通过，波的频率就是多少。水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速。→波速：v＝λ/T＝λf【讲述】电磁波的特点：（1）电磁波可以在真空中传播速度等于光速c＝3×108m/s；（2）电磁波的频率由振源决定，同一电磁波在不同介质中传播，v和λ变化，v介＜c；（3）不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f越高，v越小；f越低，v越大；（4）电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应和偏振现象。【讲述】电磁波的频率范围很广。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线都是电磁波。可见光只是电磁波中的一小部分。按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来,就是电磁波谱。→①无线电波：波长大于1mm，分为长波、中波、短波和微波，主要用于无线电通讯；②红外线：波长比无线电波短，比可见光长，所有的物体都在不停地发射红外线，主要用于遥感、加热；③可见光：波长在700nm~400nm，分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种，可被视网膜感知；④紫外线：波长在400nm~5nm，有较高的能量。可用于灭菌消毒，荧光效应等；⑤X射线：波长比紫外线更短，有比紫外线更高的能量，有较强的穿透作用，可用于透视、检查金属内部缺陷；⑥γ射线：波长比X射线更短，频率非常高。有很高的能量和很强的穿透作用，可用于检查金属内部缺陷。【播放视频】电磁波谱。【讲述】赫兹通过实验证实了电磁波的存在,这意味着,电磁场不仅仅是一种描述方式,而且是真正的物质存在。【提问】生活中常用微波炉来加热食物,食物增加的能量是微波给它的,由此可以得出什么结论？【讲述】电磁波的特性：①电磁波具有能量。②电磁波是一种物质。③光是一种电磁波，光具有能量。思考、理解波的相关概念。结合速度公式，理解波速公式。思考、理解电磁波的特点。观察、了解电磁波谱的基本特点。了解无线电波的基本特点。了解红外线的基本特点。了解可见光的基本特点。了解紫外线的基本特点。了解X射线的基本特点。了解γ射线的基本特点。观看视频。了解电磁波发现的意义。思考并回答：电磁波具有能量。了解电磁波的特性。简单介绍关于波、波速的知识，为选修部分的学习打基础。进一步介绍电磁波的特点，为后续选修部分的学习打基础。简单介绍电磁波谱，为后续选修部分的学习打基础。通过对实例的分析，明确电磁波的物质性。环节四电磁波通信【讲述】电磁波携带信息，既可以有线传播，也可以无线传播。如：电信网、广播电视网、互联网、卫星宽带通信网络。了解电磁波在通信领域的广泛应用。介绍电磁波在通信领域的应用。课堂总结一、电磁波的发现过程：①电生磁②磁生电③麦克斯韦的猜想与假设④麦克斯韦预言电磁波的存在，光是一种电磁波。赫兹验证电磁波的存在，测出电磁波波速等于光速。二、电磁波的特点：具有能量，物质性三、电磁波谱：无线电波、红外线、可见光（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）、紫外线、X射线、γ射线四、电磁波通信板书设计§13.4电磁波的发现及